细胞靶向技术使研究人员能够分离神经元亚群并将其与行为状态联系起来
随着基因测序技术变得越来越强大，我们对细胞多样性的理解也随之增长。这促使圣犹大儿童研究医院的科学家创建了一种工具，以提高研究人员研究特定细胞亚群的便利性和准确性。该工具名为“核酶引导降解条件性病表达”(ConVERGD)，它 使研究 人员能够 专门 访问 这些细胞亚 群，并根据细胞的多种特征对其进行精确操作。
ConVERGD 比现有的交叉表达平台具有许多优势，可以容纳更复杂的遗传负载并提高适应性。研究人员通过研究以前未发现的去甲肾上腺素神经元亚群证明了 ConVERGD 的实用性。这项研究表明，对细胞亚群的研究可能对基础研究和医疗保健产生重大影响。研究结果今天发表在《 自然神经科学》杂志上。
相同类型的细胞，不同的功能
对于 圣犹达儿童医院 发育神经生物学系的Lindsay Schwarz博士来说，当她探索神经元细胞领域，特别是产生去甲肾上腺素的神经元细胞时，需求驱使着她进行发明创造。“去甲肾上腺素神经元一直被认为只是一种神经元。但当它们在大脑中被激活时，它们可以引起许多不同类型的行为，例如增强注意力和记忆力形成，或引发压力反应或战斗或逃跑反应，”Schwarz 说。“但如果只有一种神经元释放这种分子，那么它如何让你做不同的事情呢?”
要探索这些问题，需要能够选择性地询问细胞亚群，并且具有极大的偏见。为此，施瓦茨发现使用当前做法的所有尝试都失败了。“我们开始这个项目时并没有想过要开发一种新工具，但这似乎是社区的需要。”
改进当前的细胞亚群靶向技术
针对细胞亚群需要让它们通过几个遗传过滤器。这些交叉过滤器会询问细胞表达的基因以及它们产生的通路和连接，从而分析出不同的亚群，以便研究人员可以专注于一组选定的孤立细胞。
使用腺相关病 (AAV) 报告工具可以高精度地将遗传物质递送到特定细胞中，这是应用这些交叉过滤器的理想方法。这些报告工具用于标记或监测特定细胞或区域内的基因表达和蛋白质定位。然而，它们的设计可能很复杂，并且内部空间有限。
“我们的主要目标之一是设计一种工具，让你感兴趣的基因只有在通过多种特征传达时才会表达，但最终用户可以很容易地修改和放入他们想要的任何基因，”施瓦茨解释道。
强大的核酶提供下一代特异性
Schwarz 和第一作者 Alex Hughes 博士(毕业于 圣犹达生物医学科学研究生院， 现就职于艾伦脑科学研究所)在 ConVERGD 的设计中利用了两种不同的技术，即基于 AAV 的报告技术和来自核酶世界的灵感。核酶是一种 RNA 链，可以通过催化生化反应而像酶一样发挥作用。
重要的是，核酶可以经过设计，以极其精确的方式控制基因表达的开启/关闭。“我们最初从一个期刊俱乐部听说了核酶，该俱乐部正在更多地考虑如何使用 AAV 进行治疗，”Schwarz 说。“Alex 回来后发现，他可以想出一种方法，将这些核酶用于神经科学工具。”
对神经科学界及其他领域来说都是令人兴奋的
作为概念验证，施瓦茨和休斯使用 ConVERGD 研究了去甲肾上腺素神经元亚群。“总体而言，去甲肾上腺素神经元会做很多不同的事情，”施瓦茨解释说。“我们瞄准的亚群会产生去甲肾上腺素，但它们也会产生另一种名为强啡肽的阿片肽，这种肽之前从未在这些神经元中被鉴定过。通过 ConVERGD，我们发现仅激活这些表达强啡肽的神经元就足以引发焦虑反应。”
通过分析这些功能并将其分配给细胞亚群，施瓦茨希望靶向治疗成为可能。“我们使用靶向去甲肾上腺素信号的药物来治疗焦虑和抑郁，但它们是针对整体的，”施瓦茨说。“你还会看到去甲肾上腺素的其他重要功能受到损害，这是你不希望看到的。更具体地针对这些神经元可能有助于改善这种情况。”
这项研究将在圣犹达儿童研究医院之外产生连锁反应。“我们对此感到非常兴奋，”施瓦茨说。“ConVERGD 应该适用于任何组织。它可能在神经科学之外也有用。”
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